城市建筑邊坡抗滑樁支護效果分析

李棟

摘 要：本篇文章采用了有限元強度折減法，對某城市建筑邊坡不同工況條件下的穩定性進行了計算并分析。計算結果表明：針對本工程的邊坡，采用抗滑樁加固設計能較好地滿足安全性與經濟性的要求。

關鍵詞：城市建筑；邊坡抗滑；支護效果

1 引言

隨著城市建設的快速發展，建筑邊坡在山地城市建設中日益增多，而且規模越來越大，支持維護難度也隨之增高。中國因建筑邊坡失穩造成的災害事故屢見不鮮。而抗滑樁作為治理滑坡的有效工程措施，在世界各國滑坡治理中均占有重要的地位。迄今為止，它是在治理滑坡技術中應用最廣泛的。

2 邊坡穩定性分析

天然存在的土質邊坡一旦失穩，將引起嚴重的后果。由于工秘舌動出現的填土新邊坡，發生事故的幾率更高，其禍害更大。崩塌、塌方、滑坡及泥石流等，都是因為邊坡處理不當或邊坡自然失穩而造成的地質災害，常常摧毀村鎮和大批農田，并阻塞水道和陸路交通，歷史上這樣的案例不勝枚舉。

在工程設計中，邊坡是否安全合理，必須通過邊坡的穩定性分析來進行檢驗。目前分析邊坡穩定性的方法較多，但大多數理論都是基于極限平衡原理，認為邊坡之所以失穩，是由于坡體在自重應力的作用下，達到了極限平衡狀態。當邊坡達到極限平衡狀態時，坡體內某一點的剪應力將與土體的抗剪強度相平衡，這一點稱之為極限平衡點。當所有的極限平衡點，連通成—個面時，則形成一個連續的滑動面，邊坡便出現穩定極限破壞。邊坡出現穩定性破壞后，其滑動面可通過地質勘探手段來確定滑動面的形態。進行邊坡穩定性分析時，通常假定邊坡的縱向尺寸遠大于橫向尺寸，所以可按平面問題來考慮坡體的受力條件。在進行具體分析時，對于已經出現穩定性玻壞的邊坡，可按勘探確定的滑動面，逐點進行抗剪強度驗算。對于目前還屬于穩定的邊坡，為驗算其安全度，或驗算其在工程活動后的穩定狀態，-股是先根據經劃百捉一個可能的滑動面進行驗算。現行的邊坡驗算，常假定滑動面為平面、圓柱面、對數螺旋曲面及折面等多種形式。邊坡的穩定性分析是—個比較復雜的問題，目前還沒有一個萬能的分析計算模式可用分析計算各種邊坡的穩定性，因此只能在一定的理論指導下，對邊坡的現狀進行仔細的調查研究和認真的分析，結合已有的經驗，確定計算模型，選擇切合現場實際的理論，測試出切合實際的參數，從而進行分柿十算。對邊坡的穩定性分析，精心測試有關分析計算參數是至關重要的。因為參數在分析討算中是一組比較敏感的贊畸屠，例如土的內摩擦角和粘聚力，這些參數略有變動，便會較大地影響邊坡的安全度和可靠度的計算結果。如果參數選擇不正確，再嚴密的理論也是枉然。邊坡的計算參數必須進行現場原位測試，且必須直接在滑動面上進行，才不至于出現較大的誤差。現場測試裝置和試驗方法的設計，必須符合所選用的計算理論，不然將引起很大的偏差。

3 抗滑樁的破壞形式及加固方法

抗滑樁一般應當設置在滑坡前緣抗滑段滑體較薄處，以便充分利用抗滑段的抗滑力，減小作用在樁上的滑坡推力，減小樁的截面和埋深，剛旺程造價，并應垂直滑坡的主滑方向成排布設。而對于大型滑坡，當～排樁的抗滑力不足以平衡滑坡推力時，可布設兩排或三排樁。只有在少數情況下因治理滑坡的特殊需要才把樁布設在主滑段或牽引段。

抗滑樁的破壞形式有以下幾種：

（1）抗滑樁的間距過大、滑體含水量高呈流塑狀態，滑體土從樁間流出。

（2）抗滑樁的抗剪能力不足，樁身在滑動面處被剪斷。

（3）抗滑樁的抗彎能力不足，在最大彎距處被拉斷。

（4）抗滑樁的埋深不足，錨固力不夠，樁被推倒。

（5）抗滑樁樁前滑面以下巖土軟弱抗力不足產生較大塑性變形，使樁的變形過大而超過允許范圍。

（6）抗滑樁高出滑面的高度不足或樁位選擇不合理，樁雖然有足夠140面硒葡盯前強度，但滑坡U 樁頂以上剪出（即所謂“越頂”） 。

關于流塑狀粘性土滑體從兩樁聞流出的問題，有的學者曾提出用樁側壁與土的摩擦阻力和土體的抗剪強度比較以確定樁間距大小。我們認為對這類滑坡首先應考慮采用排水措施（如支撐盲溝） 疏千滑體提高其抗剪強度，然后再設樁支檔，兩者同時應用較好。對—般滑坡，樁間距取決于兩樁間土體能形成的破壞拱的大小，其主要作用力是滑坡推力，而不是重力。拱的大小取決于樁間巖土體的強度。實用上取樁中一中間距為樁徑的2～5倍，小直徑的鉆孔樁間距取2m～3m ，土質滑坡中的挖孔樁間距取5m～6m ，較完整的巖質滑坡可以取7m～8m 。當然樁間距的大，J 、還與單樁承受的推力大小有關。有時因單樁受的滑坡推力過大，也可適當縮小樁間距。當樁間距過小時，樁的計算寬度和樁前滑床的抗力將受到限制。只要滑坡推力計算接近滑坡的實際情況，并預測到滑坡可能擴大的范圍、多層滑面滑動的可能，留有一定的安全儲備，樁被剪斷和受彎而拉斷的情況是較少發生的。但樁的埋深不足和樁前滑床抗力不足而引起樁劓頃斜過大甚至傾倒的情況曾發生多次，因此設樁之前對樁錨固段地基詳細勘察和評價是十分重要的。

因抗滑樁的高度不足使滑坡從樁頂滑出的事故時有發生，所以在支檔工程中，不論是抗滑擋土墻、抗滑樁，還是抗滑反壓土堤，支檔工程的高度都不能任，意{段定，而必須通過“越頂檢算”，即滑坡因前部增加支檔而從支檔工程頂部滑出的可能檢算，而目前工程設計中，常常遺漏此項工作。它實際上是形成了新的滑面.最好的辦法是采用有限元強度折減法自動尋找新滑面。只有當新滑面的穩定系數大于或等于設計安全系數時，才表明樁高是滿足要求的。否則應調整樁頂高程。當樁頂已位于地面時，應調整樁位。

4 抗滑樁加固中的關鍵技術

4.1 滑坡推力及分布圉式

滑坡推力是作用在耪滑樁土的主要外力，其大小通i 攤力來計算決定。國內采用的傳遞系數法，其作用方向平行于樁以上的一段滑動面；其分布圖式一般是從滑動面到樁頂范圍按矩形分布，規范也做這樣的規定，這是比較安全的。但實際上不同類型的滑坡體巖土和結構，推力分布不一定都是矩形，國內外曾有三角形、拋物線型和梯形分布的討論，但由于實測資料太少，還未形成統一的意見，目前設計上以采用矩形分布較合適。

4.2 樁前抗力大小和分布

所謂“樁前抗力”是指樁前滑體對樁的作用力。由于滑動面的存在，樁前滑體難以形成連續的彈性抗力，一般采用剩余抗滑力（樁在抗滑段時） 和被動土壓力二者中的較值，當用剩余抗滑力時其分布圖式為矩形，當用被動土壓力時為三角形。當樁前滑體有可能滑走時則不能考慮樁前抗力。

4.3 抗滑樁是將滑動面

以下錨固段作彈性地基梁計算的，將滑動面以上的作用力轉移到滑動面上。所以，地基的彈性抗力系數K 或其隨深度變化的比例系數M ，以及樁側地基的側向承載能力的選取都是重要的設計參數。由于實測資料有限，目前還主要是參照橋梁和隧道設計手冊中的一些參數選用。

參考文獻：

[1] 鄭穎人，趙尚毅，鄧楚鍵，劉明維，唐曉松，張黎明.有限元極限分析法發展及其在巖土工程中的應用[J].中國工程科學，2016（12）.

[2] 鄭穎人，雷文杰，趙尚毅，鄧衛東；抗滑樁設計中的兩個問題[J].公路交通科技，2015（S1）.

[3] 鄭穎人，趙尚毅，宋雅坤；有限元強度折減法研究進展[J].后勤工程學院學報，2015（3）.

[4] 鄭穎人，趙尚毅.巖土工程極限分析有限元法及其應用[J].土木工程學報，2015（1）.

[5] 姜晨光，姜忠平，王紀明，潘吉仁，顧建榮，王炤文，潘月明.基于原位監測的邊坡滑動原因初步分析[J].巖石力學與工程學報，2015（S2）.

[6] 雷文杰，鄭穎人，馮夏庭.沉埋樁的有限元設計方法探討[J].巖石力學與工程學報，2016（S1）.

[7] 王珣，李云華，李樹生.“人”字型抗滑樁優化設計[J].巖土工程技術，2016（3）.